JP2020191417A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書が開示する技術は、半導体装置に関する。 The techniques disclosed herein relate to semiconductor devices.
特許文献1に、半導体装置が開示されている。この半導体装置は、半導体素子と、半導体素子に接合材を介して接合された第1導体板と、第1導体板と半導体素子を挟んで対向するとともに、接合材を介して半導体素子に接合された第2導体板とを備える。 Patent Document 1 discloses a semiconductor device. This semiconductor device faces the semiconductor element, the first conductor plate bonded to the semiconductor element via the bonding material, the first conductor plate and the semiconductor element with the semiconductor element sandwiched between them, and is bonded to the semiconductor element via the bonding material. A second conductor plate is provided.
上記のような半導体装置の製造工程では、接合材(例えば、はんだ)によって半導体素子と導体板との間を接合するときに、半導体素子と導体板との間から余剰なはんだが溢れ出ることがある。そのことから、そのような余剰な接合材を受け入れるために、第1導体板又は第2導体板に溝が設けられることがある。この場合、余剰な接合材の量に対して、それを受け入れる溝のサイズが不十分であると、余剰な接合材が溝を越えて過剰に濡れ広がってしまう。しかしながら、余剰な接合材の量に対して、溝のサイズが大きすぎると、溝の一部に偏って余剰な接合材が流れ込み、それに伴って第1導体板又は第2導体板に対する半導体素子の位置が、意図せず変化するおそれがある。工業製品である半導体装置には、製造誤差その他の個体差が必ず存在し、余剰な接合材の量や挙動も様々に変化し得る。本明細書では、そのような余剰な接合材に対策を講じるための技術が開示される。 In the manufacturing process of the semiconductor device as described above, when the semiconductor element and the conductor plate are joined by a bonding material (for example, solder), excess solder may overflow between the semiconductor element and the conductor plate. is there. Therefore, in order to receive such a surplus bonding material, a groove may be provided in the first conductor plate or the second conductor plate. In this case, if the size of the groove that receives the excess bonding material is insufficient with respect to the amount of the excess bonding material, the excess bonding material will be excessively wet and spread over the groove. However, if the size of the groove is too large with respect to the amount of the excess bonding material, the excess bonding material will flow into a part of the groove, and the semiconductor element with respect to the first conductor plate or the second conductor plate will be accompanied by the excess bonding material. The position may change unintentionally. Semiconductor devices, which are industrial products, always have manufacturing errors and other individual differences, and the amount and behavior of excess bonding material can change in various ways. The present specification discloses techniques for taking measures against such surplus bonding materials.
本開示の第1の側面により、半導体装置が具現化される。この半導体装置は、半導体素子と、半導体素子に第1接合材を介して接合された第1導体板と、第1導体板と半導体素子を挟んで対向するとともに、第2接合材を介して半導体素子に接合された第2導体板とを備える。第1導体板の一表面は、その少なくとも一部が第1接合材と接触する第1領域と、第1領域を取り囲むとともに第1領域よりも第1接合材に対する親和性が低い第2領域とを有する。半導体素子が接合された第1導体板の一表面を平面視したときに、第1領域と第2領域との間の境界は、半導体素子の周縁を取り囲むとともに、半導体素子の周縁と境界との間の間隔は、半導体素子の周縁に沿って部分的に拡大されている。 A semiconductor device is embodied by the first aspect of the present disclosure. This semiconductor device faces the semiconductor element, the first conductor plate bonded to the semiconductor element via the first bonding material, the first conductor plate and the semiconductor element with the semiconductor element interposed therebetween, and the semiconductor via the second bonding material. It includes a second conductor plate joined to the element. One surface of the first conductor plate includes a first region in which at least a part thereof contacts the first bonding material, and a second region that surrounds the first region and has a lower affinity for the first bonding material than the first region. Has. When one surface of the first conductor plate to which the semiconductor element is bonded is viewed in a plan view, the boundary between the first region and the second region surrounds the peripheral edge of the semiconductor element and is connected to the peripheral edge and the boundary of the semiconductor element. The spacing between them is partially extended along the periphery of the semiconductor device.
上記した半導体装置では、第1導体板の一表面が、第1接合材と接触する第1領域と、第1領域を取り囲むとともに第1領域よりも第1接合材に対する親和性が低い第2領域とを有する。このような構成によると、第1導体板と半導体素子との間から溢れ出た余剰な接合材は、主に第1領域において濡れ広がり、第2領域へ濡れ広がることが抑制される。即ち、余剰な接合材の濡れ広がりは、第1領域と第2領域との間の境界によって制限又は抑制される。このとき、第1領域と第2領域との間の境界が、半導体素子の周縁に近接して設けられていると、余剰な接合材の量に対して、第1領域の面積が不足するおそれがある。この場合、余剰な接合材が当該領域を越えてしまい、意図しない範囲へ濡れ広がるおそれがある。それに対して、第1領域と第2領域との間の境界が、半導体素子の周縁から離れて設けられていると、第1領域の一部に偏って余剰な接合材が流れ込むことによって、第1導体板に対する半導体素子の位置が意図せず変化するおそれがある。この点に関して、上記した半導体装置では、第1領域と第2領域との間の境界が、半導体素子の周縁を取り囲むとともに、半導体素子の周縁と当該境界との間の間隔は、半導体素子の周縁に沿って部分的に拡大されている。このような構成によると、第1導体板に対する半導体素子の位置ずれを抑制しつつ、半導体素子の周縁と境界との間の間隔が拡大された領域に、余剰な接合材を受け入れることができる。 In the above-mentioned semiconductor device, one surface of the first conductor plate surrounds the first region in contact with the first bonding material and the second region having a lower affinity for the first bonding material than the first region. And have. According to such a configuration, the excess bonding material overflowing between the first conductor plate and the semiconductor element is prevented from spreading wet and spreading mainly in the first region and spreading to the second region. That is, the wet spread of the excess bonding material is limited or suppressed by the boundary between the first region and the second region. At this time, if the boundary between the first region and the second region is provided close to the peripheral edge of the semiconductor element, the area of the first region may be insufficient with respect to the amount of excess bonding material. There is. In this case, the excess bonding material may exceed the region and wet and spread to an unintended range. On the other hand, if the boundary between the first region and the second region is provided apart from the peripheral edge of the semiconductor element, the excess bonding material flows into a part of the first region, so that the first region becomes the first. 1 The position of the semiconductor element with respect to the conductor plate may change unintentionally. In this regard, in the above-mentioned semiconductor device, the boundary between the first region and the second region surrounds the peripheral edge of the semiconductor element, and the distance between the peripheral edge of the semiconductor element and the boundary is the peripheral edge of the semiconductor element. Partially enlarged along. According to such a configuration, the surplus bonding material can be accepted in the region where the distance between the peripheral edge and the boundary of the semiconductor element is expanded while suppressing the displacement of the semiconductor element with respect to the first conductor plate.
本開示の第2の側面により、次の半導体装置も具現化される。この半導体装置は、半導体素子と、半導体素子に第1接合材を介して接合された第1導体板と、第1導体板と半導体素子を挟んで対向するとともに、第2接合材を介して半導体素子に接合された第2導体板とを備える。第1導体板と第2導体板の少なくとも一方の一表面は、第1接合材又は第2接合材に接触しているとともに、第1接合材又は第2接合材の周縁に沿って延びる第1溝が設けられている。第1溝の内面には、第1溝の長手方向に沿って延びるとともに第1溝よりも断面積の小さい第2溝が設けられている。 The following semiconductor devices are also embodied by the second aspect of the present disclosure. This semiconductor device faces the semiconductor element, the first conductor plate bonded to the semiconductor element via the first bonding material, the first conductor plate and the semiconductor element with the semiconductor element interposed therebetween, and the semiconductor via the second bonding material. It includes a second conductor plate joined to the element. A first surface of at least one of the first conductor plate and the second conductor plate is in contact with the first joint material or the second joint material and extends along the peripheral edge of the first joint material or the second joint material. A groove is provided. The inner surface of the first groove is provided with a second groove extending along the longitudinal direction of the first groove and having a cross-sectional area smaller than that of the first groove.
上記した半導体装置では、第1導体板と第2導体板の少なくとも一方に、第1溝が設けられている。この第1溝は、第1接合材又は第2接合材に接触する一表面に設けられているとともに、第1接合材又は第2接合材の周縁に沿って延びている。このような構成によると、半導体素子と第1導体板又は第2導体板とが接合されるときに、余剰な第1接合材又は第2接合材を第1溝に収容することができる。さらに、第1溝の内面には、第1溝の長手方向に沿って延びるとともに第1溝よりも断面積の小さい第2溝が設けられている。これにより、第1溝に収容された第1接合材又は第2接合材は、第2溝における表面張力によって誘導されることで、第1溝の全体に亘って濡れ広がることができる。従って、第1溝が比較的に小さい場合でも、余剰な第1接合材又は第2接合材を第1溝の全体で速やかに収容することができ、余剰な第1接合材又は第2接合材が第1溝を越えて過剰に濡れ広がることが防止される。 In the above-mentioned semiconductor device, a first groove is provided on at least one of the first conductor plate and the second conductor plate. The first groove is provided on one surface in contact with the first joint material or the second joint material, and extends along the peripheral edge of the first joint material or the second joint material. According to such a configuration, when the semiconductor element and the first conductor plate or the second conductor plate are joined, the surplus first joining material or the second joining material can be accommodated in the first groove. Further, the inner surface of the first groove is provided with a second groove extending along the longitudinal direction of the first groove and having a cross-sectional area smaller than that of the first groove. As a result, the first joint material or the second joint material housed in the first groove can be wetted and spread over the entire first groove by being guided by the surface tension in the second groove. Therefore, even when the first groove is relatively small, the surplus first joint material or the second joint material can be quickly accommodated in the entire first groove, and the surplus first joint material or the second joint material can be accommodated. Is prevented from being excessively wet and spread beyond the first groove.
(実施例1)図1−5を参照して、実施例1の半導体装置10及びその製造方法について説明する。図1に示すように、半導体装置10は、半導体素子12と、下側放熱板14と、上側放熱板16と、封止体18とを備える。半導体素子12は、封止体18の内部に封止されている。封止体18は、例えばエポキシ樹脂といった絶縁性を有する材料を用いて構成されている。封止体18は、概して板形状を有しており、互いに反対側に位置する二つの主表面を有する。一方の主表面には下側放熱板14が露出しており、他方の主表面には上側放熱板16が露出している。下側放熱板14及び上側放熱板16は、封止体18の内部において半導体素子12と電気的及び熱的に接続されている。これにより、下側放熱板14及び上側放熱板16は、半導体素子12に接続された電気回路の一部を構成するとともに、半導体素子12の熱を外部へ放熱する放熱板として機能する。ここで、下側放熱板14は、本開示の第1の側面における第1導体板の一例であり、上側放熱板16は、本開示の第1の側面における第2導体板の一例である。
(Example 1) The
図1、2に示すように、半導体素子12は、主に半導体基板で構成されているとともに、一対の主電極12a、12bと、複数の信号電極12cをさらに有する。一対の主電極12a、12bには、第1主電極12aと第2主電極12bが含まれている。第1主電極12a及び複数の信号電極12cは、半導体素子12の一方の表面に位置しており、第2主電極12bは、半導体素子12の他方の表面に位置している。一対の主電極12a、12bは、半導体基板を介して電気的に接続される。信号電極12cは、不図示の信号端子に電気的に接続される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
半導体素子12は、パワー半導体素子であって、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)である。但し、半導体素子12はIGBTに限られず、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)又はダイオードであってもよい。なお、半導体素子の数や種類については、特に限定されない。半導体素子12を構成する半導体材料には、例えばケイ素(Si)、炭化ケイ素(SiC)、窒化ガリウム(GaN)又は他の種類の半導体材料を採用することができる。
The
下側放熱板14及び上側放熱板16は、半導体素子12を挟んで対向している。下側放熱板14は、概して板形状又は直方体形状を有しており、例えば銅又は他の金属といった導体材料を用いて形成されている。下側放熱板14は、第1主表面14aと、その反対側に位置する第2主表面14bを有している。下側放熱板14の第1主表面14aは、半導体素子12の第2主電極12bにはんだ20を介して接合される。これにより、下側放熱板14は、半導体素子12と電気的及び熱的に接続されている。一方、下側放熱板14の第2主表面14bは、封止体18の一方の表面において露出されている。
The lower
上側放熱板16も、下側放熱板14と同様に、概して板形状又は直方体形状を有しており、例えば銅又は他の金属といった導体材料を用いて形成されている。上側放熱板16は、第1主表面16aと、その反対側に位置する第2主表面16bとを有している。上側放熱板16には、半導体素子12と向かい合う範囲において、第2主表面16bから半導体素子12に向かって突出するスペーサ部16cが設けられている。このスペーサ部16cにおいて、上側放熱板16は、下側放熱板14とは異なっている。このスペーサ部16cによって、半導体装置10の製造工程における組付け作業を一部簡素化することもできる。上側放熱板16の第1主表面16aは、封止体18の他方の表面において露出されている。上側放熱板16は、第2主表面16bのスペーサ部16cにおける頂面部分において半導体素子12の第1主電極12aにはんだ22を介して接合されている。これにより、上側放熱板16は、半導体素子12と電気的及び熱的に接続されている。
The upper
はんだ20及びはんだ22は、本開示の第1の側面における第1接合材及び第2接合材のそれぞれ一例である。第1接合材及び第2接合材は、はんだに限定されず、導電性及び流動性を有する接合材であればよい。
The
図2を参照して、下側放熱板14について詳細に説明する。下側放熱板14の第1主表面14aは、第1領域A1と、第1領域A1を取り囲む第2領域A2を有する。第1領域A1の少なくとも一部がはんだ20と接触する。従って、下側放熱板14の第1主表面14aは、第1領域A1において、半導体素子12の第2主電極12bにはんだ20を介して接合される。一方、第2領域A2は、第1領域A1よりも表面粗さが大きく、第1はんだ20に対する親和性が低い。言い換えると、第2領域A2は第1領域A1よりも粗面化されている。一例ではあるが、この第2領域A2の粗面は、下側放熱板14の第1主表面14aをレーザ照射することによって形成される。第2領域A2の粗面化手法は、レーザ照射に限定されず、他の粗面化手法であってもよい。
The lower
半導体素子12が接合された下側放熱板14の第1主表面14aを平面視すると、第1領域A1と第2領域A2との間の境界BLは、半導体素子12の周縁PEを取り囲む。また、半導体素子12の周縁PEと境界BLとの間の間隔Wは、半導体素子12の周縁PEに沿って部分的に拡大されている。
When the first
上記した半導体装置10では、下側放熱板14の第1主表面14aが、はんだ20と接触する第1領域A1と、第1領域A1を取り囲むとともに第1領域A1よりもはんだ20に対する親和性が低い第2領域A2とを有する。このような構成によると、下側放熱板14と半導体素子12との間から溢れ出た余剰なはんだは、主に第1領域A1において濡れ広がり、第2領域A2へ濡れ広がることが抑制される。即ち、余剰なはんだの濡れ広がりは、第1領域A1と第2領域A2との間の境界BLによって制限又は抑制される。このとき、第1領域A1と第2領域A2との間の境界BLが、半導体素子12の周縁PEに近接して設けられていると、余剰なはんだの量に対して、第1領域A1の面積が不足するおそれがある。この場合、余剰なはんだが第1領域A1を越えてしまい、意図しない範囲へ濡れ広がるおそれがある。それに対して、第1領域A1と第2領域A2との間の境界BLが、半導体素子12の周縁PEから離れて設けられていると、第1領域A1の一部に偏って余剰なはんだが流れ込むことによって、下側放熱板14に対する半導体素子12の位置が意図せず変化するおそれがある。この点に関して、上記した半導体装置10では、第1領域A1と第2領域A2との間の境界BLが、半導体素子12の周縁PEを取り囲むとともに、半導体素子12の周縁PEと当該境界BLとの間の間隔Wは、半導体素子12の周縁PEに沿って部分的に拡大されている。このような構成によると、下側放熱板14に対する半導体素子12の位置ずれを抑制しつつ、半導体素子12の周縁PEと境界BLとの間の間隔Wが拡大された領域に、余剰なはんだを受け入れることができる。
In the
図3、4を参照して、実施例1の半導体装置10の製造方法について説明する。先ず、上側放熱板16と半導体素子12を用意し、各々の接合部に予備はんだを配置する。次いで、上側放熱板16は、不図示の信号端子等と一体に形成された一つの部品(リードフレーム)として用意されてもよい。次いで、図3に示すように、上側放熱板16上に半導体素子12をはんだ付けする(第1リフロー工程)。具体的には、上側放熱板16の第2主表面16bにおけるスペーサ部16cの頂面部分に、半導体素子12の第1主電極12aがはんだ22を介して接合される。このとき、上側放熱板16と半導体素子12との間にはシート形状のはんだが介挿されており、リフロー炉等でそのはんだを加熱し溶融することで、上側放熱板16と半導体素子12は接合される。なお、第1リフロー工程時に、半導体素子12の第2主電極12b上にも予備はんだを配置しておく。
The manufacturing method of the
第1リフロー工程後、レーザ照射により第1主表面14aの一部(即ち第2領域A2)が粗面化された下側放熱板14を用意する。次いで、図4に示すように、半導体素子12上に下側放熱板14をはんだ付けする(第2リフロー工程)。具体的には、半導体素子12の第2主電極12bに、下側放熱板14の第1主表面14aがはんだ20を介して接合される。このとき、半導体素子12と下側放熱板14との間にはシート形状のはんだが介挿されており、リフロー炉等でそのはんだを加熱し溶融することで、半導体素子12と下側放熱板14は接合される。ここで、一例ではあるが、第2リフロー工程において、高さ合わせのための治具を用いてはんだ付けを行ってよい。高さ合わせの治具を用いることで下側放熱板14に対する上側放熱板16の高さ位置が決定し、下側放熱板14上に半導体素子12を精度よく配置することができる。なお、下側放熱板14の第1主表面14aには、予め予備はんだが配置されていてもよい。
After the first reflow step, a lower
以上の工程により、半導体装置10は組み付けされる。上記の製造方法により、下側放熱板14に対する半導体素子12の位置ずれを抑制しつつ、半導体素子12の周縁PEと境界BLとの間の間隔Wが拡大された領域に、余剰なはんだを受け入れることができる。但し、この製造方法は一例であり、特別に限定されるものではない。なお、他の製造工程については、従来の技術を用いて製造することができる。
The
実施例1の半導体装置10では、半導体素子12の周縁PEは略矩形状であり、四つの辺で構成されている。下側放熱板14について、半導体素子12の周縁PEと境界BLとの間の間隔Wは、半導体素子12の周縁PEに沿って、特に半導体素子12の周縁PEを構成する四つの辺の各辺においてそれぞれ部分的に拡大されている。このような構成によると、周縁PEを構成する四辺すべてにおいて余剰はんだが濡れ広がるスペースを確保することができる。従って、余剰はんだが意図しない範囲にまで濡れ広がることが抑制され、それに起因する絶縁不良を防止することができる。但し、これに限定されず、下側放熱板14は、様々に変形可能である。
In the
図5を参照して、下側放熱板14のいくつかの変形例について説明する。図5(A)に示すように、半導体素子12の周縁PEと境界BLとの間の間隔Wは、半導体素子12の周縁PEに沿って、半導体素子12の周縁PEを構成する四つの辺のうち一辺において、部分的に拡大されていてもよい。この場合、間隔Wが拡大される範囲が減るため、その分だけ下側放熱板14のサイズを比較的に小さく設計することもできる。
With reference to FIG. 5, some modifications of the lower
あるいは、図5(B)に示すように、間隔Wが、半導体素子12の周縁PEを構成する四つの辺のうち二辺において、部分的に拡大されていてもよい。この場合、図示したような互いに対向する二辺において、部分的に拡大されているとよい。このような構成によると、対向する二辺において、左右バランスよく余剰はんだが収容することができる。また、境界BLが多方向において半導体素子12を取り囲むことから、半導体素子12の位置ずれを抑制することにも有利である。あるいは、図5(c)に示すように、間隔Wが、半導体素子12の周縁PEを構成する四つの辺のうち三辺において、部分的に拡大されていてもよい。
Alternatively, as shown in FIG. 5B, the interval W may be partially expanded on two of the four sides constituting the peripheral PE of the
あるいは、図5(D)に示すように、間隔Wは、半導体素子12の周縁PEの少なくとも一つの角部に対応する範囲において、部分的に拡大されていてもよい。このような構成によると、半導体素子12を取り囲む周縁PEの長さに対して、比較的に多量の余剰はんだを収容可能な領域を確保することができる。なお、間隔Wにおける周縁PEに沿って拡大する幅及び長さや、拡大する箇所及び位置は、第1領域A1及び第2領域A2の第1接合材に対する親和性によって、適宜調整することができる。
Alternatively, as shown in FIG. 5D, the spacing W may be partially expanded in a range corresponding to at least one corner of the peripheral PE of the
(実施例2)図6−12を参照して、実施例2の半導体装置100及びその製造方法について説明する。図6に示すように、半導体装置100は、半導体素子112と、下側放熱板114と、上側放熱板116と、封止体118とを備える。半導体素子112は、封止体118の内部に封止されている。封止体118は、例えばエポキシ樹脂といった絶縁性を有する材料を用いて構成されている。封止体118は、概して板形状を有しており、互いに反対側に位置する二つの主表面を有する。一方の主表面には下側放熱板114が露出しており、他方の主表面には上側放熱板116が露出している。下側放熱板114及び上側放熱板116は、封止体118の内部において半導体素子112と電気的及び熱的に接続されている。これにより、下側放熱板114及び上側放熱板116は、半導体素子112に接続された電気回路の一部を構成するとともに、半導体素子112の熱を外部へ放熱する放熱板として機能する。ここで、下側放熱板114及び上側放熱板116は、本開示の第2の側面における第1導体板及び第2導体板の一例である。
(Example 2) The
半導体素子112は、主に半導体基板で構成されているとともに、一対の主電極112a、112bと有する。一対の主電極112a、112bには、第1主電極112aと第2主電極112bが含まれている。第1主電極112aは、半導体素子112の一方の表面に位置しており、第2主電極112bは、半導体素子112の他方の表面に位置している。一対の主電極112a、112bは、半導体基板を介して電気的に接続される。
The
半導体素子112は、パワー半導体素子であって、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)である。但し、半導体素子112はIGBTに限られず、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)又はダイオードであってもよい。なお、半導体素子の数や種類については、特に限定されない。半導体素子112を構成する半導体材料には、例えばケイ素(Si)、炭化ケイ素(SiC)、窒化ガリウム(GaN)又は他の種類の半導体材料を採用することができる。
The
下側放熱板114及び上側放熱板116は、半導体素子112を挟んで対向している。下側放熱板114は、概して板形状又は直方体形状を有しており、例えば銅又は他の金属といった導体材料を用いて形成されている。下側放熱板114は、第1主表面114aと、その反対側に位置する第2主表面114bを有している。下側放熱板114の第1主表面114aは、半導体素子112の第2主電極112bにはんだ120を介して接合される。これにより、下側放熱板114は、半導体素子112と電気的及び熱的に接続されている。一方、下側放熱板114の第2主表面114bは、封止体118の一方の表面において露出されている。
The lower
上側放熱板116も、下側放熱板114と同様に、概して板形状又は直方体形状を有しており、例えば銅又は他の金属といった導体材料を用いて形成されている。上側放熱板116は、第1主表面116aと、その反対側に位置する第2主表面116bとを有している。上側放熱板116には、半導体素子112と向かい合う範囲において、第2主表面116bから半導体素子112に向かって突出するスペーサ部116cが設けられている。このスペーサ部116cにおいて、上側放熱板116は、下側放熱板114とは異なっている。このスペーサ部116cによって、半導体装置100の製造工程における組付け作業を一部簡素化することもできる。上側放熱板116の第1主表面116aは、封止体118の他方の表面において露出されている。上側放熱板116は、第2主表面116bのスペーサ部116cにおける頂面部分において半導体素子112の第1主電極112aにはんだ122を介して接合されている。これにより、上側放熱板116は、半導体素子112と電気的及び熱的に接続されている。なお、スペーサ部116cは、頂面からスペーサ部116cの基端部に向かって、スペーサ部116cの断面積が拡大するテーパ形状を有している。ここでいうスペーサ部116cの断面積は、半導体装置100の積層方向に対して垂直にスペーサ部116cを切断したときの断面積を示す。
The upper
はんだ120及びはんだ122は、本開示の第2の側面における第1接合材及び第2接合材のそれぞれ一例である。第1接合材及び第2接合材は、はんだに限定されず、導電性及び流動性を有する接合材であればよい。
The
図7を参照して、上側放熱板116について詳細に説明する。上側放熱板116の第2主表面116bには、はんだ120の周縁に沿って延びる第1溝116dが設けられている。第1溝116dは、はんだ120と接触している。第1溝116dの内面には、第1溝116dの長手方向に沿って延びる第2溝116eが設けられている。第2溝116eの断面積は、第1溝116dの断面積よりも小さい。ここでいう第1溝116d及び第2溝116eの断面積は、第1溝116dの長手方向に対して垂直に第1溝116d及び第2溝116eをそれぞれ切断したときの断面積を示す。一例ではあるが、第2溝116eの幅寸法は、約0.5ミリメートル程度であってよい。なお、第2溝116eの幅寸法は、第2溝116eにおける第1接合材又は第2接合材(本実施例でいうはんだ)の接触角等(第2溝116eにおける第1接合材又は第2接合材の表面張力に関与するパラメータ)によって決定される。
The upper
上記した半導体装置100では、上側放熱板116に、第1溝116dが設けられている。この第1溝116dは、はんだ122に接触する一表面に設けられているとともに、はんだ122の周縁に沿って延びている。このような構成によると、半導体素子112と上側放熱板116とが接合されるときに、余剰なはんだを第1溝116dに収容することができる。さらに、第1溝116dの内面には、第1溝116dの長手方向に沿って延びるとともに第1溝116dよりも断面積の小さい第2溝116eが設けられている。これにより、第1溝116dに収容されたはんだ122は、第2溝116eにおける表面張力によって誘導されることで、第1溝116dの全体に亘って濡れ広がることができる。従って、第1溝116dが比較的に小さい場合でも、余剰なはんだを第1溝116dの全体で速やかに収容することができ、余剰なはんだが第1溝116dを越えて過剰に濡れ広がることが防止される。
In the
図8、図9を参照して、実施例2の半導体装置100の製造方法について説明する。先ず、上側放熱板116と半導体素子112を用意し、各々の接合部に予備はんだを配置する。予備はんだ後、上側放熱板116は、不図示の信号端子等と一体に形成された一つの部品(リードフレーム)として用意されてもよい。次いで、図3に示すように、上側放熱板116上に半導体素子112をはんだ付けする(第1リフロー工程)。具体的には、上側放熱板116の第2主表面116bにおけるスペーサ部116cの頂面部分に、半導体素子112の第1主電極112aがはんだ122を介して接合される。このとき、上側放熱板116と半導体素子112との間にはシート形状のはんだが介挿されており、リフロー炉等でそのはんだを加熱し溶融することで、上側放熱板116と半導体素子112は接合される。余剰のはんだは、スペーサ部116cの特に角部を伝って第1溝116dに収容され、第1溝116dに設けられた第2溝116eにおける表面張力によって誘導されることで、第1溝116d全体に濡れ広がる。なお、第1リフロー工程時に、半導体素子112の第2主電極112b上にも予備はんだを配置しておく。
The manufacturing method of the
第1リフロー工程後、下側放熱板114を用意する。次いで、図9に示すように、半導体素子112上に下側放熱板114をはんだ付けする(第2リフロー工程)。具体的には、半導体素子112の第2主電極112bに、下側放熱板114の第1主表面114aがはんだ120を介して接合される。このとき、半導体素子112と下側放熱板114との間にはシート形状のはんだが介挿されており、リフロー炉等でそのはんだを加熱し溶融することで、半導体素子112と下側放熱板114は接合される。ここで、一例ではあるが、第2リフロー工程において、高さ合わせのための治具を用いてはんだ付けを行ってよい。高さ合わせの治具を用いることで下側放熱板114に対する上側放熱板116の高さ位置が決定し、下側放熱板114上に半導体素子112を精度よく配置することができる。なお、下側放熱板114の第1主表面114aには、予め予備はんだが配置されていてもよい。
After the first reflow step, the lower
以上の工程により、半導体装置100は組み付けされる。上記の製造方法により、余剰なはんだを第1溝116dの全体で速やかに収容することができ、余剰なはんだが第1溝116dを越えて過剰に濡れ広がることが防止される。但し、この製造方法は一例であり、特別に限定されるものではない。なお、他の製造工程については、従来の技術を用いて製造することができる。
The
なお、実施例2の半導体装置100は、様々に変更可能である。図10−図12を参照して、半導体装置100のいくつかの変形例について説明する。上側放熱板116に設けられた第1溝116dにおける第2溝116eの具体的な位置や数については、特に限定されず、適宜調整することが可能である。図10(A)に示すように、第2溝116eは、第1溝116dの外周縁側に設けられていてもよい。あるいは、図10(B)に示すように、第2溝116eは、第1溝116dの内周縁側に設けられていてもよい。また、図10(C)に示すように、第2溝116eの数は一つに限定されず、第1溝116d内に二又は三以上の第2溝116eが設けられていてもよい。
The
実施例2の半導体装置100の上側放熱板116も、上記したものに限定されない。例えば、上側放熱板116は、スペーサ部116cは必ずしも必要としない。図10(A)から図10(C)に示すように、上側放熱板116の第2主表面116b全体が略フラットな面で構成されていてもよい。また、図11に示すように、上側放熱板116のスペーサ部116cに代えて、又は加えて、上側放熱板116と半導体素子112との間に、別体の導体スペーサ115を有していてもよい。
The upper
実施例2の半導体装置100では、第1溝116dは、上側放熱板116に設けられている。但し、第1溝116dの設けられる位置は、これに限定されない。上側放熱板116に設けられた第1溝116dに代えて、又は加えて、図12に示すように、下側放熱板114の第1主表面114aに第1溝114dが設けられていてもよい。第1溝114d、116dは、はんだ120、122に接触する下側放熱板114及び上側放熱板116の少なくとも一方に設けられていればよい。仮に第1溝114dが下側放熱板114に設けられた場合であっても、第1溝114dに収容されたはんだ120は、第2溝114eにおける表面張力によって誘導されることで、第1溝114dの全体に亘って濡れ広がることができる。
In the
以上、本明細書が開示する技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書、又は、図面に説明した技術要素は、単独で、あるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。本明細書又は図面に例示した技術は、複数の目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Although specific examples of the techniques disclosed in the present specification have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of claims. The techniques described in the claims include various modifications and modifications of the specific examples illustrated above. The technical elements described in the present specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. The techniques exemplified in the present specification or drawings can achieve a plurality of objectives at the same time, and achieving one of the objectives itself has technical usefulness.
10、100:半導体装置
12、112:半導体素子
12a、12b、112a、112b:主電極
12c:信号電極
14、114:下側放熱板
16、116:上側放熱板
16c、116c:スペーサ部
18、118:封止体
20、22、120、122:はんだ
114d、116d:第1溝
114e、116e:第2溝
A1:第1領域
A2:第2領域
BL:第1領域と第2領域との間の境界
PE:半導体素子の周縁
W:半導体素子の周縁と境界との間隔
10, 100:
Claims (2)
前記半導体素子に第1接合材を介して接合された第1導体板と、
前記第1導体板と前記半導体素子を挟んで対向するとともに、前記第2接合材を介して前記半導体素子に接合された第2導体板と、を備え、
前記第1導体板の一表面は、その少なくとも一部が前記第1接合材と接触する第1領域と、前記第1領域を取り囲むとともに前記第1領域よりも前記第1接合材に対する親和性が低い第2領域とを有し、
前記半導体素子が接合された前記第1導体板の前記一表面を平面視したときに、前記第1領域と前記第2領域との間の境界は、前記半導体素子の周縁を取り囲むとともに、前記半導体素子の前記周縁と前記境界との間の間隔は、前記半導体素子の前記周縁に沿って部分的に拡大されている、
半導体装置。 With semiconductor elements
A first conductor plate bonded to the semiconductor element via a first bonding material,
It is provided with a second conductor plate that faces the first conductor plate with the semiconductor element interposed therebetween and is joined to the semiconductor element via the second bonding material.
One surface of the first conductor plate surrounds the first region in which at least a part thereof contacts the first bonding material and the first region, and has a higher affinity for the first bonding material than the first region. Has a low second region and
When the one surface of the first conductor plate to which the semiconductor element is bonded is viewed in a plan view, the boundary between the first region and the second region surrounds the peripheral edge of the semiconductor element and the semiconductor. The distance between the peripheral edge of the device and the boundary is partially extended along the peripheral edge of the semiconductor device.
Semiconductor device.
前記半導体素子に第1接合材を介して接合された第1導体板と、
前記第1導体板と前記半導体素子を挟んで対向するとともに、前記第2接合材を介して前記半導体素子に接合された第2導体板と、を備え、
前記第1導体板と前記第2導体板の少なくとも一方の一表面には、前記第1接合材又は前記第2接合材に接触しているとともに、前記第1接合材又は前記第2接合材の周縁に沿って延びる第1溝が設けられており、
前記第1溝の内面には、前記第1溝の長手方向に沿って延びるとともに前記第1溝よりも断面積の小さい第2溝が設けられている、
半導体装置。 With semiconductor elements
A first conductor plate bonded to the semiconductor element via a first bonding material,
It is provided with a second conductor plate that faces the first conductor plate with the semiconductor element interposed therebetween and is joined to the semiconductor element via the second bonding material.
The surface of at least one of the first conductor plate and the second conductor plate is in contact with the first joint material or the second joint material, and is of the first joint material or the second joint material. A first groove extending along the periphery is provided,
The inner surface of the first groove is provided with a second groove extending along the longitudinal direction of the first groove and having a cross-sectional area smaller than that of the first groove.
Semiconductor device.
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